Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

Расчет вертикального гравитационного сепаратора по газу


 

Еще до входа в сепаратор газ, выделившийся из нефти в результате снижения давления, представляет полидисперсную систему, в которой собственно газ является дисперсионной средой, а частицы нефти (и воды при наличии ее в продукции скважины), диспергированные в газе - дисперсионной фазой. Такую дисперсную систему называют аэрозолем.

В сепараторе диспергирование нефти увеличивается вследствие расширения потока, удара нефти о внутренние поверхности нефтегазового сепаратора и расширения газа. Вследствие этого в сепарационной и осадительной секциях дисперсность системы увеличивается. Частицы дисперсной фазы имеют различные размеры - от характерных для тумана и пыли до более крупных. Последние относительно быстро опускаются вниз вместе с основной массой нефти, более мелкие могут образовывать псевдоожиженный или кипящий слой различной высоты, а самые мелкие частицы увлекаются потоком газа из нефтегазового сепаратора.

Осаждение частиц из газа в гравитационном сепараторе происходит в основном по двум причинам: вследствие резкого снижения скорости газового потока и вследствие разности в плотностях газовой и жидкой (твердой) фаз.

Для эффективной сепарации необходимо, чтобы расчетная скорость движения газового потока в сепараторе была меньше скорости осаждения жидких и твердых частиц, движущихся под влиянием силы тяжести во встречном потоке газа, т.е.

.

Высокую степень очистки газа от капельной и твердой взвеси в гравитационном сепараторе можно получить при условии, что скорость газа будет близка к нулю. В реальных условиях эффективность сепарации в гравитационных сепараторах при скорости движения газа более 0,5 м/сек резко падает и составляет лишь 70% капельной жидкости, находящейся во взвешенном состоянии.

Практика эксплуатации гравитационных сепараторов показала, что оптимальной скоростью газа является 0,1 м/с при давлении 5,87 МПа/м2 (60 кГс/см2).

Пропускную способность гравитационных сепараторов обычно определяют в зависимости от допустимой скорости движения газа, при которой происходит осаждение капелек жидкости минимального размера, принятого для расчета. Допустимая скорость движения газа WГ определяется из условия равновесия сил, действующих на частицу, и силы сопротивления среды, возникающей при движении этой частицы.

При расчете гравитационных сепараторов по газу принимаются следующие допущения:

1) частица (твердая или жидкая) имеет форму шара;

2) движение газа в сепараторе установившееся, т.е. такое, когда скорость газа в любой точке сепаратора независимо от времени остается постоянной, но по абсолютному значению может быть разной;

3) движение частички принимается свободным, т.е. на нее не оказывают влияние другие частицы;

4) скорость оседания частицы постоянная, это тот случай, когда сила сопротивления газовой среды становится равной массе частицы.

Исходя из принятых допущений, рассмотрим силы действующие на частицу, осаждающуюся в газовой среде:

1)                                            

где m - масса частицы; g - ускорение силы тяжести, м/с2; ρч - плотность частицы.

Поскольку частица шарообразна, ее объем равен

где d - диаметр частицы.

Тогда :

                                              (13)

2) Силу сопротивления газа R при свободном оседании частицы можно представить в следующем виде:

где ξ - коэффициент сопротивления среды, являющийся функцией критерия Рейнольдса;

ρГ - плотность газа, кг/м3;

WЧ - линейная скорость частицы, м/с;

SЧ - площадь сечения частицы, π·d2/4.

 

3) Исходя из 4-го допущения, в момент, когда R уравновесит силы тяжести и частица будет двигаться равномерно

FТЯЖ - FА- R = 0,                                                                 (14) 

 ускорение равно нулю.

Т.е. исходя из равновесия сил, действующих на частицу, можно записать: Р = R.

Отсюда:

                             (15)

Из этого уравнения можно определить коэффициент сопротивления ξ:

  .                                              (16)

Для ламинарного движения частиц (Rе < 2) коэффициент сопротивления рассчитывается по формуле:

                                                                       (17)

где νг - кинематическая вязкость газа:

                                                      (18)

т.е. сопротивление среды пропорционально вязкости;

μг - динамическая вязкость газа, , Па * с.

Если подставить (5) и (5') в формулу (4) для ξ:

,                                             (19)

то отсюда можно получить уравнение для расчета скорости оседания шарообразной частицы в газовой среде (формула Стокса):

                       (20)

где μг - динамическая вязкость газа,  (Па·с);

d - диаметр частицы, м;

ρч – плотность частицы в условиях сепаратора, кг/м3;

νг- кинематическая вязкость газа в условиях сепаратора, м2/с.

В промысловых сепараторах Rе для частицы значительно выше, чем 2.

При значениях числа Rе от 2 до 500 зависимость коэффициента сопротивления ξ представляется эмпирическим уравнением:

   .                                                          (21)

Подставляя данное уравнение в формулу (4), получаем формулу Аллена:

,                                  (22)

из которой следует, что влияние вязкости среды на скорость оседания частицы снижается.

Для турбулентного режима движения при значениях числа Rе более 500 (до 2·105), коэффициент сопротивления ξ для шарообразной частицы становится постоянным и равным 0,44. Подставляя это значение в формулу (16), получим уравнение Ньютона-Ритингера:

 ,                                                (23)

из которого следует, что вязкость среды не оказывает влияния на скорость оседания частицы.

Как определить скорость потока газа?

Пропускная способность вертикального сепаратора по газу определяется в зависимости от допустимой скорости движения газа:

                                (24)

где V- пропускная способность по газу при Н.У., т.е.:

P0 = 1,033 . 9,81·104, Па = 1,01·105, Па = 0,1013 МПа;

Т0 = 273 К;

- внутренняя площадь сечения вертикального сепаратора, м2;

D - внутренний диаметр сепаратора, м;

Р - давление в сепараторе, Па;

Т - абсолютная температура в сепараторе, К;

Z - коэффициент, учитывающий отклонение реального газа от идеального при рабочих условиях  в сепараторе.

WГ - скорость подъема газа в вертикальном сепараторе, м/с.

Отсюда:

                                             (25)

 

Итак, выпадение частицы происходит при условии WЧ  - WГ > 0.

На практике при расчетах применяется

.                                                                            (26)

Подставив выражения скоростей в данное уравнение, получаем:

                                     (27)

или

                                      (28)

По этой формуле можно определить пропускную способность V вертикального сепаратора, если задаться минимальным диаметром капелек жидкости d, которые будут осаждаться при выбранных условиях (Р, Т), и диаметром сепаратора D. Обычно принимают d = 10- 4 м.

 


Предыдущие материалы: Следующие материалы: